同源同宿SSM组播路由控制技术研究

2014-03-29武忠于红增

计算机与网络 2014年7期

武忠于红增

(1 中国民用航空三亚空中交通管理站海南三亚 572000)

(2 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄 050081)

1 引言

IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够有效地节约网络带宽和降低网络负载，在诸多方面都有广泛的应用[1]。根据IP组播中源和目的的不同，可以分为3种模型：任意源组播（ASM）、源过滤组播（SFM）和指定源组播（SSM）[2]。协议独立组播－稀疏模式（Protocol Independent M ulticast Sparse Mode）默认所有主机都不需要接收组播包，只向明确需要组播包的主机转发，支持以上3种组播模型，所支持的SSM称为PIM-SSM。

经过广域网互联的2个网络之间传输指定源组播数据，如果组播源地址相同，按照PIM-SSM的传播模型，同一发送者到同一接收者的不同组播组信息必然经过同样的路径传输。某些情形下需要将这些信息经过不同的广域网路径传输，对组播分流的机理和效果进行分析和验证就很必要。

2 组播转发原理

单播报文的转发过程中，路由器只关心报文中的目的地址，通过目的地址决定向哪个接口转发。在组播中，报文是发送给一组接收者的，这些接收者用一个逻辑地址标识。路由器在接收到报文后，必须根据源和目的地址确定出上游（指向组播源）和下游方向，把报文沿着远离组播源的方向进行转发，这个过程称作逆向路径转发[3]。

2.1 单播路由的建立

PIM-SSM属于稀疏模式的组播路由协议，不依赖于具体的单播路由协议，只要求组播接收者到组播源的单播路由可达，这些单播路由协议可以是静态路由协议、R IP、OSPF、BGP和 IS-IS 等[4]。

2.2 组播路由的建立

组播路由表又称为组播分发树，用来描述IP组播报文在网络中经过的路径。组播路由项包含3个要素：(S,G)、iif和oiflist，其中S为源地址，G为组地址，iif为入接口，oiflist为出接口列表。组播分发树的2个基本类型：源路径树和共享树。

源路径树是指以组播源作为树根，将组播源到每一个接收者的最短路径结合起来构成的转发树。由于源路径树使用的是从组播源到接收者的最短路径，因此也称为最短路径树（shortestpath tree，SPT）。对于某个组，网络要为任何一个向该组发送报文的组播源建立一棵树，源路径树示意图如图1所示。

图1 源路径树示意图

共享树以某个路由器作为路由树的树根，该路由器称为汇集点（RendezvousPoint，RP），将RP到所有接收者的最短路径结合起来构成转发树。使用共享树时，对应某个组，网络中只有一棵树，所有的组播源和接收者都使用这棵树来收发报文，组播源先向树根发送数据报文，之后报文又向下转发到达所有的接收者，如图2所示。

PIM-SSM是PIM-SM支持的指定源组播，直接反向构建从组播接收者到组播源的源路径树(最短路径树SPT)，为每一个组播源与接收者之间建立一棵独立的SPT[5]。

图2 共享树示意图

2.3 反向路径转发RPF

路由器收到组播数据报文后，只有确认这个数据报文是从自己到组播源的出接口上到来的，才进行转发，否则丢弃报文。

RPF执行过程中会用到原有的单播路由表以确定上游和下游的邻接结点。只有当报文是从上游邻接结点对应的接口（称作RPF接口）到达时，才向下游转发。RPF的作用除了可以正确地按照组播路由的配置转发报文外，还能避免由于各种原因造成的环路，环路避免在组播路由中是一个非常重要的问题。RPF的主体是RPF检查，路由器收到组播报文后，先对报文进行RPF检查，只有检查通过才转发，否则丢弃。

RPF检查过程如下：①路由器在单播路由表中查找组播源或RP对应的RPF接口（当使用信源树时，查找组播源对应的RPF接口，使用共享树时查找RP对应的RPF接口），某个地址对应的RPF接口是指从路由器向该地址发送报文时的出接口；②如果组播报文是从RPF接口接收下来的，则RPF检查通过，报文向下游接口转发；③否则，丢弃该报文。

3 同源同宿SSM组播分流的原理

3.1 分流需求

经过广域网互联的2个网络A和B之间传输指定源组播数据(S,G1)和(S,G2)，由于组播源地址相同，按照PIM-SSM的传播模型，同一发送者到同一接收者的不同组播组信息必然经过同样的路径传输，如图3所示。在具备等价路由的条件下，虽然负载分担算法可以将不同流量分布到不同的链路上，但传播路径是自动选择的，不可控。在某专用通信网中受广域信道限制，需要将这些信息手工指定到不同的广域网路径传输，以实现不同的安全策略和负载分担。网络B中接收者R是2个组播组(S,G1)和(S,G2)成员，源S位于网络A中，在路由器E上到达网络A的首选路由为S2端口连接链路，备用路由为P3端口连接链路，默认情况下，2个组播组(S,G1)和(S,G2)的流量沿着路由器A--路由器B--路由器C--路由器E--路由器F的路由传递。

图3 组播分流合流示意图

3.2 选择分流点与合流点

由于组播信息是沿着从组播接收者到组播源的单播路径相反的方向传递的，因此，组播分流点、合流点与网络拓扑中单播路由的分流点和合流点是一致的。

3.3 组播流复制

根据组播流验证规则(进行RPF)和转发规则(依据组播路由表)，为了将组播组(S,G1)的流量经路由器D所在链路pull到路由器E上，要在连接路由器E端口S3的上游端口处(这里为路由器D的端口S3)声明静态加入组播组(S,G1)，这样在路由器B上组播路由表中(S,G1)将有2个下游接口S2和S3。

3.4 消除冗余组播流

路由器D的端口S3上静态加入组播组(S,G1)后，接收者R加入组播组(S,G1)的信息还会经PIM-SM协议经路由器E的端口S2扩散给路由器C和路由器B，在路由器B上S2端口经路由器C到路由器E的链路上还会存在组播组 (S,G1)的流量，这部分流量造成资源的浪费，必须采取一定的措施(如基于源组播过滤的PIM策略，或普通流策略)对其进行过滤[6]。